CN102094740B

CN102094740B - 摩托车数字直流点火器

Info

Publication number: CN102094740B
Application number: CN201110009043A
Authority: CN
Inventors: 吴映波; 兰继伦
Original assignee: Individual
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2011-01-17
Filing date: 2011-01-17
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2031-01-17
Also published as: CN102094740A

Abstract

本发明涉及一种机动车点火器，具体涉及一种摩托车数字直流点火器。数字直流点火器包括触发脉冲整形电路、负脉冲分离电路和正脉冲分离电路、点火进角控制电路、以升压变压器和开关功率管为核心构成的升压电路以及点火放电电路，其特征在于：所述点火进角控制电路以单片机处理器为核心，所述单片机处理器以PWM方式控制升压电路。由于本发明的点火进角控制电路以单片机为控制核心，利用单片机的快速运算和控制功能，实现对发动机点火提前角的精确曲线控制，从而使发动机工作在最佳状态，并且采用PWM的控制方式，使得升压变压器启动时以恒定的大功率输出，提高了对点火电容的充电电压上升率。

Description

摩托车数字直流点火器

技术领域

本发明涉及一种机动车点火器，具体涉及一种摩托车数字直流点火器。

背景技术

摩托车点火器的原理和作用是接收并储存磁电机或电源提供的点火能量，并根据点火触发信号确定点火提前角，在适当的点火时刻，瞬间释放点火能量脉冲，提供给点火线圈的初级，在点火线圈次级感应出高压电，使火花塞产生放电火花。摩托车的点火方式多种多样，常用的有三种：电感放电式蓄电池点火方式，电容放电式蓄电池点火方式，电容放电式磁电机点火方式。三种点火方式结构不同，使用时不能互换。电感放电式点火方式是依靠断开点火线圈的初级回路产生点火能量脉冲，在点火线圈次级感应出高压，使火花塞产生放电火花。这种点火方式因采用三极管作为开关元件，所以也称为晶体管点火系统。一般该点火系统的最大工作电流是普通电容放电式蓄电池点火方式点火器最大工作电流的2～2.5倍左右，点火能量从低速到高速都比较稳定。但是这种点火方式用的点火线圈比普通点火线圈体积大、成本高、损耗大、发热量大、匝比不一样，不通用，维修不方便；损坏率相对较高，因而不受市场消费者喜爱，使用量相对很少。现代摩托车大部分都是采用电容放电式电子点火器，通常称为CDI。电容放电式点火是依靠电容放电产生点火能量脉冲，提供给点火线圈的初级，在点火线圈次级感应出高压电，使火花塞产生放电火花。电容放电式点火系统按其电源不同，可分为电容放电式磁电机点火系统和电容放电式蓄电池点火系统。电容放电式磁电机点火系统结构简单、价格低廉、使用方便。但由于是磁电机直接供电，电容器端电压受发动机转速影响较大，电容器在低速及高速状态下充电能量不足，导致点火能量偏弱，容易造成冷车启动困难，高速性能下降等。为解决电容在低速及高速时充电能量不足的问题，许多中高档摩托车采用直流供电的电容放电式蓄电池点火系统（DC-CDI）。通常普通集成DC－CDI点火器主要由触发脉冲整形电路、点火进角控制电路、升压、振荡电路、点火放电电路四部分组成，如图1所示：触发脉冲经过电阻R3、R4和电容C5组成的脉冲整形电路后，再经过检波二极管D4和加速电容C4、电阻R5组成的正脉冲分离电路和经过检波二极管D9和加速电容C6、电阻R14、放大管Q2组成的负脉冲分离电路分别送到集成IC1的脚2和脚7，由脚2输入的正脉冲打开IC1内部开关，使IC1脚11和脚12的外接电容器快速充电，脚12电压波形前沿幅度为脚11电压波形前沿幅度的1/2。待正脉冲结束后，脚11经R16缓慢向C9放电，使脚12电位继续升高。在发动机转速较低的情况下，脚13积分电压大于脚12积分电压，此时IC1内部的F3输出为“0”。当PC负脉冲出现时，实现一次点火。在发动机转速较高时，脚13的充电时间常数较大，积分电压小于脚12的积分电压，这时内部比较器 BJ2、F3 的输出为“1”，经过或门的作用，在脚10产生一个与低速工作时间相同的触发脉冲，但此脉冲的相位超前于PC负脉冲的下降沿Δθ。相位超前角度Δθ的大小与发动机转速有关，这样即实现了跟踪发动机转速变化，自动调整点火提前角的功能。在脚7输入负脉冲的作用下，使脚13积分器迅速放电，在PC负脉冲结束后，脚13重新开始充电，进入下一个循环采样周期，以上组成了点火进角控制电路。同时由启动电阻R12、反馈电阻R13、电容C12、钳位保护二极管D7、D11和功率管Q7以及升压变压器T1组成的升压、振荡电路通过二极管D3对点火电容C2充电。由点火电容C2和钳位二极管D8、放电可控硅Q5，以及同点火器外接的点火线圈组成的点火放电电路在有点火输出控制信号（IC1脚10输出高电平）时，在放电可控硅Q5触发导通的瞬间，电容器C2经可控硅阳极和阴极向点火线圈初级线圈迅速放电，放电电流使点火线圈的磁通迅速发生变化，在点火线圈次级上感应出高压电，使火花塞产生火花，气缸内的压缩混合气体爆破燃烧，对外做功，实现了点火器的点火功能。由于采用的为模拟IC因而点火进角曲线控制不太准确。另外，普通升压、振荡电路功率管使用的是电流放大型三极管，使升压、振荡电路启动时输出能量由小到大，使得升压变压器T1的输出能量也由小到大，对点火电容C2的充电电压上升率平均在24V/ms左右。随着发动机转速升高，升压变压器T1输出能量的有效周期时间也相应缩短，在发动12000r/min高速状态下，对点火电容C2的充电电压也由最大值240V降到140V左右，高速点火能量明显下降，直接影响到摩托车的燃油经济性和动力性。为此，一般普通点火器通过调整升压变压器T1的参数来加大变压器T1的输出功率，但是在加大变压器T1输出功率的同时造成功率管Q7的瞬间最大工作电流也增加，由于采用的是三极管，最大集电极电流I_C一般不大，受它的限制，提升变压器T1输出功率是有限的（一般采用TIP41C，它的集电极电流I_C=6A）。另外，由于采用的为普通集成IC因而点火进角曲线控制不太准确。点火提前角是影响发动机性能的重要参数之一，每个给定的发动机运行工况都对应着一个最佳点火提前角，过早或过迟点火，都会直接影响到摩托车的燃油经济性和动力性。为此，普通模拟IC作为点火进角控制电路核心阻碍了点火器性能的提高。随着科技的发展，对摩托车点火器性能的要求也越来越高，普通直流点火器无法满足跑车等高档车高速性能的要求。

发明内容

本发明目的在于为了克服现有技术的不足而提供一种能随转速进行曲线控制、得到最佳点火点、适用性广、性能可靠的摩托车数字直流点火器。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种摩托车数字直流点火器，包括触发脉冲整形电路、负脉冲分离电路和正脉冲分离电路、点火进角控制电路、以升压变压器和开关功率管为核心构成的升压电路及点火放电电路，其特征在于：所述点火进角控制电路以单片机处理器为核心，负脉冲分离电路和正脉冲分离电路的输出分别连接到单片机处理器的第一和第二输入端，单片机处理器的第一输出端控制点火可控硅，所述点火可控硅连接在点火放电电路的放电回路中，单片机处理器的第二输出端控制所述开关功率管，所述单片机处理器以PWM方式控制升压电路，所述开关功率管为低压驱动开关型场效应管，所述点火器还设有稳压滤波电路为所述点火进角控制电路提供直流工作电源和高压保护电路，所述高压保护电路由电阻、稳压管串联而成的串联支路构成的电压取样电路和开关三极管及偏置电阻构成，所述电压取样电路跨接在升压变压器次级的高压输出端与电源地之间，电压取样电路的取样输出点与开关三极管基极连接，开关三极管发射极与电源地连接，偏置电阻连接在开关三极管的集电极与直流电源正极之间，开关三极管的集电极作为高压保护电路的输出与单片机处理器的第三输入端连接。

由于本发明的点火进角控制电路以单片机为控制核心，利用单片机的快速运算和控制功能，实现对发动机点火提前角的精确曲线控制，从而使发动机工作在最佳状态，改变了传统点火方式中点火时间不能随转速进行曲线控制，不能得到最佳点火点、不能使发动机在任何转速情况下都能发挥良好表现的缺点，并且采用PWM的控制方式，使得升压变压器启动时以恒定的大功率输出，提高了对点火电容的充电电压上升率，利用MOS管代替三极管作为升压功率管，其发热量低，并提高了对点火电容C3的充电电压上升率，平均在45V/ms左右, 在发动机12000r/min高速状态下，对点火电容C3的充电电压也在200V左右，保证了点火能量，满足了发动机对点火器高速性能的要求，可使摩托车动力性能和经济性大幅提高，经济时速范围扩展30%以上；节油10%－20%；最高车速提高10%－25%；排气污染降低10%－30%。

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

附图说明

图1为现有普通模拟直流点火器电路原理图。

图2为本发明具体实施例电路原理方框示意图。

图3为本发明具体实施例电路原理图。

具体实施方式

如图2所示，摩托车数字直流点火器包括触发脉冲整形电路、负脉冲分离电路和正脉冲分离电路、点火进角控制电路、以升压变压器和开关功率管为核心构成的升压电路及点火放电电路。如图3所示，点火进角控制电路的直流工作电源由稳压滤波电路提供，稳压滤波电路由电阻R3、R6和电容C5、C7、C9、C10以及二极管D4、电感L1和三端稳压器Q2组成，提高了点火器控制系统电源的稳定性和系统的抗干扰性。点火进角控制电路以单片机处理器IC2为核心，负脉冲分离电路由检波二极管D9和加速电容C13、电阻R17、滤波电容C15、放大三极管Q4、偏置电阻R7、滤波电容C16、钳位二极管D10组成，放大三极管Q4选用NPN型，偏置电阻R7连接在放大三极管Q4的集电极与直流电源正极之间，放大三极管Q4基极接地，滤波电容C16和钳位二极管D10并联在基极和集电极之间，滤波电容C15并联在基极和发射极之间，检波二极管D9与加速电容C13和电阻R17的并联支路串联后连接在放大三极管Q4的发射极上；正脉冲分离电路由检波二极管D5和加速电容C6、电阻R5、滤波电容C14、放大三极管Q3、偏置电阻R8、滤波电容C8组成，放大三极管Q3选用NPN型，偏置电阻R8连接在放大三极管Q3的集电极与直流电源正极之间，放大三极管Q3发射极接地，滤波电容C8并联在放大三极管Q3的集电极和发射极之间，滤波电容C14并联在放大三极管Q3的基极和发射极之间，检波二极管D5与加速电容C6和电阻R5的并联支路串联后连接在放大三极管Q3的基极上；电阻R15和电阻R16并联后与电容C12连接组成的触发脉冲整形电路，电容C12一端与电源地连接，触发脉冲整形电路的另一端PC构成输入端，所述正脉冲分离电路和负脉冲分离电路中的检波二极管D5阳极和检波二极管D9阴极连接后共同接在电容C12的另一端上。放大三极管Q3的集电极与单片机处理器IC2的一个数据输入端（作为第二输入端）连接，放大三极管Q4的集电极与单片机处理器IC2的另一个数据输入端（作为第一输入端）连接。点火可控硅连接在电源地和点火电容C3的一端形成点火放电电路的放电回路，单片机处理器IC2的一个数据输出端（作为第一输出端）与点火可控硅触发极连接控制点火可控硅，所述点火可控硅连接在点火放电电路的放电回路中，开关功率管Q7连接在升压变压器的初级绕组和电源地之间，单片机处理器IC2的另一个数据输出端（作为第二输出端）控制开关功率管Q7，单片机处理器IC2以PWM方式控制升压电路，开关功率管Q7选用低压驱动开关型场效应管，且I_D≥30A的大电流低压驱动开关型场效应管为佳。为了保证点火器可靠工作，防止高压输出高过设定值，本实用新型中还可以设有高压保护电路，所述高压保护电路由电阻R11、稳压管D6和电阻R20依次串联而成的串联支路构成的电压取样电路和开关三极管Q6及偏置电阻R10构成，所述电压取样电路跨接在升压变压器次级的高压输出端的电源地之间，稳压管D6阳极与电阻R20的连接点作为电压取样电路的取样输出点与开关三极管Q6基极连接，开关三极管Q6发射极与电源地连接，偏置电阻R10连接在开关三极管Q6的集电极与直流电源正极之间，开关三极管Q6的集电极作为高压保护电路的输出与单片机处理器IC2的再一个数据输入端（作为第三输入端）连接。这样，当在电压高过设定值后，过压信号经高压保护电路送到单片机处理器IC2的数据输入端，单片机处理器IC2对过压信号响应后关闭PWM升压输出，防止高压继续升高损坏点火器。

Claims

1.一种摩托车数字直流点火器，包括触发脉冲整形电路、负脉冲分离电路和正脉冲分离电路、点火进角控制电路、以升压变压器和开关功率管为核心构成的升压电路以及点火放电电路，其特征在于：所述点火进角控制电路以单片机处理器为核心，负脉冲分离电路和正脉冲分离电路的输出分别连接到单片机处理器的第一和第二输入端，单片机处理器的第一输出端控制点火可控硅，所述点火可控硅连接在点火放电电路的放电回路中，单片机处理器的第二输出端控制所述开关功率管，所述单片机处理器以PWM方式控制升压电路，所述开关功率管为低压驱动开关型场效应管，所述点火器还设有稳压滤波电路为所述点火进角控制电路提供直流工作电源和高压保护电路，所述高压保护电路由电阻、稳压管串联而成的串联支路构成的电压取样电路和开关三极管及偏置电阻构成，所述电压取样电路跨接在升压变压器次级的高压输出端与电源地之间，电压取样电路的取样输出点与开关三极管基极连接，开关三极管发射极与电源地连接，偏置电阻连接在开关三极管的集电极与直流电源正极之间，开关三极管的集电极作为高压保护电路的输出与单片机处理器的第三输入端连接。